JP2006135611A - 仮想音像制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】音像の移動中にこの移動方向を変更可能にし、この変更時にノイズのない係数切替えができる仮想音像制御装置を提供する。
【解決手段】定位音声生成手段３０１が生成する定位音信号を用いて、時間に関し相対的に増減するゲイン係数を用いてゲイン調整がなされた始点および終点における仮想音像の音源信号からなる定位音信号を生成するゲイン調整手段３０２と、該ゲイン調整手段３０２が生成する始点および終点の各音源信号を左チャンネルおよび右チャンネルで別々にミキシングする各一の混合手段３０３、３０４とを有し、各混合手段３０３、３０４の出力を、音源信号出力手段１０４を通して左右２チャンネルのスピーカから出力させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、立体音響を再生制御する仮想音像制御装置に係り、特に、仮想音像を指定した方向に移動させる仮想音像制御装置に関する。

従来から、ＤＳＰ（デジタル・シグナル・プロセッサ）を使用して仮想音像の位置を自由に設定する仮想音像制御装置が提案されている。この仮想音像制御装置では、ＤＳＰにより例えば同一の音声信号を所定の係数で畳み込み演算して一対のスピーカで再生し、音声の定位位置を自由に設定するというものである。ところが、このＤＳＰの係数を切替えるときの係数特性の違いにより、処理した出力信号に不連続点ができ、耳障りなノイズを生じることがある。

これに対し、２つのＤＳＰを使用して、旧係数と新係数とに設定された各ＤＳＰの出力をクロスフェードさせて、係数切替え時のノイズを減少させる仮想音像制御方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開平６−３１４９５５号公報

しかしながら、従来の仮想音像制御装置においては、始点と終点の音像を別々に信号処理によって生成し、これらをクロスフェードすることで音像の移動を実現しているため、この移動中に移動方向を変更することができない。また、係数切替え前と係数切替え後の両方の信号処理をした後にクロスフェードを行うために、演算量が多くなってしまうという問題があった。

本発明は、従来の問題を解決するためになされたもので、音像の移動中にこの移動方向を変更可能にし、この変更の場合に、始点と終点のクロスフェードで作り出している信号をクロスフェードの重み付け係数とフィルタ係数を用いて作り出し、新しい始点へ短い時間でクロスフェードすることにより、ノイズのない係数切替えを行うことができる仮想音像制御装置を提供することを目的とする。

本発明の仮想音像制御装置は、音源信号を入力する音源信号入力手段と、該音源信号入力手段より入力された音源信号に対し定位係数情報を用いて畳み込み演算を実行し、定位音信号を生成する定位音生成手段と、該定位音生成手段が生成する定位音信号を用いて、時間に関し相対的に増減するゲイン係数を用いてゲイン調整がなされた始点および終点における仮想音像の音源信号からなる定位音信号を生成するゲイン調整手段と、該ゲイン調整手段が生成する始点および終点の各音源信号を左チャンネルおよび右チャンネルで別々にミキシングする各一の混合手段と、各混合手段の出力を受けて音源信号を左右のスピーカから出力させる音源信号出力手段とを、有している。

この構成により始点と終点の仮想音像を指定するデータを定位音信号として、定位音生成手段により左チャンネルおよび右チャンネルごとに、始点と終点の仮想音像の音源信号を作り出し、これらに音像の始点と終点との間での経過時間と移動時間から算出されたゲイン係数を掛けてゲイン調整する。また、このゲイン調整後の始点および終点にそれぞれ相当する仮想音像の音源信号を左チャンネル用および右チャンネル用に別々にミキシングして、音源信号として出力可能にしている。始点および終点間の移動中に音像の移動方向を変更させる場合には、切替え前のゲイン係数を用いて定位係数を変更することで、始点および終点の前記ゲイン係数を保ったまま短時間で徐々に音源信号を切替えて出力できる。

本発明の仮想音像制御装置は、音源の経路情報および受聴者の位置情報にもとづき、現在時刻における受聴者の位置に対応する音源の相対的な始点位置と終点位置を算出する定位位置算出手段を備え、現在時刻における始点位置に近傍の位置に対応する定位係数と、終点位置に近傍の位置に対応する定位係数を定位係数算出手段により求め、各定位係数をフィルタ係数として、前記定位音生成手段に入力音源信号に対する畳み込み演算を実行させる構成を有している。
この構成により、定位音生成手段は、所定の定位係数（フィルタ係数）で入力音源信号に対し畳み込み演算を行い、始点に相当する仮想音像の音源信号と終点に相当する仮想音像の音源信号を生成する。

また、本発明の仮想音像制御装置は、定位位置算出手段から得た現在時刻における受聴者の位置に対応する音源の相対的な始点位置と終点位置にもとづき、現在時刻におけるゲインを算出して前記ゲイン調整手段にゲイン調整を実行させるゲイン係数算出手段を有している。
この構成により、ゲインα＝１−βという関係を保ちながら、これらを直線的に徐々に変化させることができる。

また、本発明の仮想音像制御装置は、音源位置算出手段が、前記音源の経路情報にもとづき現在時刻における音源の始点位置と設定時間後の終点位置を算出する音源位置算出手段を設け、該音源位置算出手段が、音像の移動中にその移動方向を変更して新たな音源の始点位置と設定時間後の終点位置を算出する構成を有している。
この構成により、受聴者に滑らかな音像の移動を知覚させることができ、音像が移動中に方向を切替えてもノイズを発生させることなく、音像の移動方向を切替えることができる。

本発明は、定位音声生成手段が生成する定位音信号を用いて、時間に関し相対的に増減するゲイン係数を用いてゲイン調整がなされた始点および終点における仮想音像の音源信号からなる定位音像信号を生成し、生成する始点および終点の各音源信号を混合して左チャンネルおよび右チャンネルで別々にミキシングすることにより、音像の移動の方向をノイズを発生することなく切替えることができる。

以下、本発明の実施形態の音像定位制御装置について、図面を用いて説明する。
本発明の音像定位制御装置の構成を、図１にブロック図で示す。
図１において、この音像定位制御装置は、受聴位置入力手段１０１と、音源経路入力手段１０２と、音源信号入力手段１０３と、音源信号出力手段１０４と、音像制御部２００と、音像信号処理部３００とから構成される。
図２は図１の音像定位制御装置の詳細なブロック図である。図２において、音像制御部２００は、音源位置算出手段２０１と、定位位置算出手段２０２と、ゲイン係数算出手段２０３と、定位係数記憶手段２０４と、定位係数算出手段２０５とを有する構成である。音像信号処理部３００は、定位音生成手段３０１と、ゲイン調整手段３０２と、混合手段３０３、３０４とを有する構成である。

そして、受聴位置入力手段１０１は、受聴者の位置を入力するものであり、例えば、いずれかの位置を原点とした座標(ｘ０、ｙ０、ｚ０)で表示される。
音源位置入力手段１０２は、仮想音源の経路データを入力するものであり、例えば時刻ｔ１の始点、終点、移動時間Ｔ１、時刻ｔ２の始点、終点、移動時間Ｔ２、時間ｔ３の始点・・・・・が順に与えられる。
音源位置算出手段２０１は、現在時刻ｔに照らし合わせて、音源の位置を逐次算出するものである。例えば、始点Ｐ１ｏ（ｔ）と時間Ｔ1後の終点位置Ｐ1ｏ（ｔ＋Ｔ１）を算出する。

また、定位位置算出手段２０２は、受聴者の位置情報(ｘ０、ｙ０、ｚ０)から音源の始点と終点の定位位置を算出する。例えば、始点位置Ｐ1（ｔ）と終点位置Ｐ１（ｔ＋Ｔ１）を算出する。
ゲイン係数算出手段２０３は、移動時間Ｔ１に従ってゲイン係数α（ｔ）とβ（ｔ）を算出する。始点位置Ｐ1（ｔ）と終点位置Ｐ１（ｔ＋Ｔ１）から時刻ｔにおけるゲイン係数α（ｔ）とβ（ｔ）を算出する。αとβはα＝１−βという関係を保ったまま直線的に１．０〜０．０または０．０〜１．０まで徐々に変化する。

定位係数算出手段２０５は、時刻ｔにおける始点位置Ｐ１（ｔ）に近傍の位置に対応する定位係数ＣＬ（Ｐ１（ｔ））とＣＲ（Ｐ１（ｔ））と、終点位置Ｐ1（ｔ＋Ｔ１）に近傍の位置に対応する定位係数ＣＬ（Ｐ１（ｔ＋Ｔ１））とＣＲ（Ｐ１（ｔ＋Ｔ１））を選択し、定位音生成手段３０１に渡すものである。
定位音生成手段３０１は、前記各定位係数（フィルタ係数）で入力音源信号Ｉ（ｔ）に対し畳み込み演算を実行し、始点に相当する仮想音像の音源信号Ｌｓ（ｔ）、Ｒｓ（ｔ）と、終点に相当する仮想音像の音源信号Ｌｅ（ｔ）、Ｒｅ（ｔ）を生成するものである。

ゲイン調整手段３０２は、ゲイン係数算出手段２０３で算出したゲインを、始点に相当する仮想音像の音源信号と、終点に相当する仮想音像の音源信号とに掛けるものである。例えば、Ｌ’ｓ（ｔ）＝α（ｔ）×Ｌｓ（ｔ）、Ｒ’ｓ（ｔ）＝α（ｔ）×Ｒｓ（ｔ）、Ｌ’ｅ（ｔ）＝α（ｔ）×Ｌｅ（ｔ）、Ｒ’ｅ（ｔ）＝α（ｔ）×Ｒｅ（ｔ）である。
混合手段３０３、３０４は、ゲイン調整手段３０２から出力されたゲイン調整後の、始点に相当する仮想音像の音源信号と終点に相当する仮想音像の音源信号を、左チャンネル用と右チャンネル用に分けて別々にミキシングし、音源信号出力手段に渡すように機能する。

以上のように構成された音像定位制御装置について、図３および図４を用いてその動作を説明する。図３は音像定位制御手順を示すフローチャートであり、図４は仮想音像の音源信号の移動状況を示す説明図である。
まず、受聴位置入力手段１０１から現在時刻ｔにおける受聴位置の情報ＰＲ（ｔ）を入力する（ステップＳ１１）。また、音源経路入力手段１０２から音源の経路データＰ1を入力する（ステップＳ１２）。音源位置算出手段２０１にて現在時刻ｔにおける音源の始点位置Ｐ1ｏ（ｔ）と時間Ｔ１後の終点位置Ｐ1ｏ（ｔ＋Ｔ1）を算出する（ステップＳ１３）。

次に、定位位置算出手段２０２にて現在時刻ｔにおける受聴者の位置に対応する音源の相対的な始点位置Ｐ1（ｔ）と終点位置Ｐ1（ｔ＋Ｔ1）を算出する（ステップＳ１４）。なお、前記定位係数記憶手段２０４には、受聴者との相対的な音源の位置Ｐに対応する定位係数ＣＬ（Ｐ）、ＣＲ（Ｐ）が記憶されている。
定位係数算出手段２０５では、時刻ｔにおける始点位置Ｐ1（ｔ）に近傍の位置に対応する定位係数ＣＬ(Ｐ1（ｔ）)およびＣＲ（Ｐ１（ｔ））と、終点位置Ｐ1（ｔ＋Ｔ1）に近傍の位置に対応する定位係数ＣＬ(Ｐ1（ｔ＋Ｔ１）)およびＣＲ（Ｐ１（ｔ＋Ｔ１））を選択し、定位音生成手段３０１に渡す（ステップＳ１５）。

一方、ゲイン係数算出手段２０３では、時間Ｔ１に従ってゲインα（ｔ）とβ（ｔ）を算出する（ステップＳ１６）。また、ゲイン係数算出手段２０３にて、始点位置Ｐ1（ｔ）と終点位置Ｐ1（ｔ＋Ｔ1）から時刻ｔにおけるゲインα（ｔ）とβ（ｔ）を算出し、ゲイン調整手段３０２に渡す（ステップＳ１７）。次に、定位音生成手段３０１の始点定位音生成手段３０１ａと終点定位音生成手段３０１ｂに、音源信号入力手段１０３から入力される音源信号Ｉ（ｔ）を入力する（ステップＳ１８）。

始点定位音生成手段３０１ａでは定位係数算出手段２０５から渡された定位係数ＣＬ(Ｐ1（ｔ）)とＣＲ（Ｐ１（ｔ））をフィルタ係数として、音源信号Ｉ（ｔ）に対して畳み込み演算を実施し、演算結果Ｌｓ（ｔ）、Ｒｓ（ｔ）をゲイン調整手段３０２に渡す（ステップＳ１９）。
終点定位音生成手段３０１ｂでは定位係数算出手段２０５から渡された定位係数ＣＬ(Ｐ1（ｔ＋Ｔ1）)とＣＲ（Ｐ１（ｔ＋Ｔ1））をフィルタ係数として、音源信号Ｉ（ｔ）に対して畳み込み演算を実施し、演算結果Ｌｅ（ｔ）、Ｒｅ（ｔ）をゲイン調整手段３０２に渡す（ステップＳ２０）。

ゲイン調整手段３０２では、ゲイン係数算出手段２０３から渡されるゲインα（ｔ）とβ（ｔ）を入力された信号に対して乗算する（ステップＳ２１）。
Ｌｓ’（ｔ）＝α（ｔ）×Ｌｓ（ｔ）、Ｒｓ’（ｔ）＝α（ｔ）×Ｒｓ（ｔ）
Ｌｅ’（ｔ）＝β（ｔ）×Ｌｅ（ｔ）、Ｒｅ’（ｔ）＝β（ｔ）×Ｒｅ（ｔ）
その後、混合手段３０３、３０４によって、Ｌｓ’（ｔ）とＬｅ’（ｔ）を加算した結果、Ｌｏ（ｔ）およびＲｓ’（ｔ）とＲｅ’（ｔ）を加算した結果Ｒｏ（ｔ）を音源信号出力手段１０４に入力する（ステップＳ２２）。

ところで、音源位置入力手段１０２から、図４に示すような新たな音源の経路情報Ｐ２が入力された場合には（ステップＳ２３）、音源経路入力手段１０２は、時刻ｔ’（ｔ’＜ｔ＋Ｔ１）における新たな音源の始点位置Ｐ２ｏ（ｔ’）と時間Ｔ２後の終点位置Ｐ２ｏ（ｔ’＋Ｔ２）を算出する（ステップＳ２４）。
続いて、定位位置算出手段２０２により現在時刻ｔ’における受聴者の位置に対応する音源の相対的な始点位置Ｐ２（ｔ’）と終点位置Ｐ２（ｔ’＋Ｔ２）を算出する（ステップＳ２５）。

定位係数算出手段２０５では、音源が時刻ｔ’においてＰ１で与えられた 図４に示すような経路を移動中のため、始点定位音生成手段３０１ａの係数として、Ｐ２（ｔ’）の近傍の位置に対応する定位係数ＣＬ（Ｐ２（ｔ’））ではなく、Ｐ1の経路の始点と終点の定位係数と、ゲイン調整手段３０２で使用されているα（ｔ’）とβ（ｔ’）を用いて、
ＣＬ（Ｐ１（ｔ’））＝α（ｔ’）×ＣＬ（Ｐ１（ｔ））＋β（ｔ’）×ＣＬ（Ｐ１（ｔ＋Ｔ１））
ＣＲ（Ｐ１（ｔ’））＝α（ｔ’）×ＣＲ（Ｐ１（ｔ））＋β（ｔ’）×ＣＲ（Ｐ１（ｔ＋Ｔ１））
を算出し、終点定位音生成手段３０１ｂの係数として、定位係数記憶手段２０４からＣＬ（Ｐ２（ｔ’））、ＣＲ（Ｐ２（ｔ’））を選択する（ステップＳ２６）。

そこで、ゲイン係数算出手段２０３にて、予め定めておいた短い時間ΔＴに従ってゲインα（ｔ）とβ（ｔ）を算出する（ステップＳ２７）。
時刻ｔ’＋ΔＴにおいて、定位係数算出手段２０５は、始点位置Ｐ２（ｔ’）に近傍の位置に対応する定位係数ＣＬ（Ｐ２（ｔ’））とＣＲ（Ｐ２（ｔ’））と、終点位置Ｐ２（ｔ’＋Ｔ２）に近傍の位置に対応する定位係数ＣＬ（Ｐ２（ｔ’＋Ｔ２））とＣＲ（Ｐ２（ｔ’＋Ｔ２））を選択し、定位音生成手段３０１に渡す（ステップＳ２８）。そして、ゲイン係数算出手段２０３にて、時間Ｔ２に従ってゲインα（ｔ）とβ（ｔ）を算出する（ステップＳ２９）。

このとき、ゲインα（ｔ）とβ（ｔ）をα（ｔ）＝１−β（ｔ）という関係を保ったまま、直線的に１．０〜０．０または０．０〜１．０の間を短時間で徐々に変化させることで、音源経路入力手段１０２において入力された経路情報、時刻ｔ２の始点、終点、移動時間をノイズの発生なくスムースに切替えることができる。

なお、前記においては、受聴位置入力手段１０１により受聴者の位置を入力しているが、受聴者の位置を仮想音像空間上の原点とした上で、音源の経路情報を設定してもよい。また、ゲイン係数算出手段２０３において、α（ｔ）＝１−β（ｔ）という関係を保っていたが、必ずしも、α（ｔ）＝１−β（ｔ）でなくてもよい。
また、α（ｔ）は１→０、β（ｔ）は０→１でなくてはならないが、その過程は一次関数近似である必要はない。例えば、テーブルを用意しておいて参照してもよいし、三角関数で近似してもよい。

以上のように、本発明にかかる仮想音像制御装置は、定位音生成手段が生成する定位音信号を用いて、時間に関し相対的に増減するゲイン係数を用いてゲイン調整がなされた始点および終点における仮想音像の音源信号からなる定位音像信号を生成し、生成する始点および終点の各音源信号を混合して左チャンネルおよび右チャンネルで別々にミキシングすることで、音像の移動の方向を切替えても、ノイズを発生することを防止できるという効果を有し、仮想音像を指定した経路上で移動させる仮想音像制御装置等の用途にも適用できる。

本発明の実施の形態による仮想音像制御装置の構成を示すブロック図 図1の仮想音像制御装置の詳細を示すブロック図 本発明による仮想音像制御手順を示すフローチャート 本発明による仮想音像制御動作を説明する説明図

符号の説明

１０１ 受聴位置入力手段
１０２ 音源経路入力手段
１０３ 音源信号入力手段
１０４ 音源信号出力手段
２０１ 音源位置算出手段
２０２ 定位位置算出手段
２０３ 係数算出手段
２０４ 定位係数記憶手段
２０５ 定位係数算出手段
３０１ 定位音生成手段
３０１ａ 始点定位音生成手段
３０１ｂ 終点定位音生成手段
３０２ ゲイン調整手段
３０３、３０４ 混合手段

Claims (4)

1. 音源信号を入力する音源信号入力手段と、
   該音源信号入力手段より入力された音源信号に対し定位係数情報を用いて畳み込み演算を実行し、定位音信号を生成する定位音生成手段と、
   該定位音生成手段が生成する定位音信号を用いて、時間に関し相対的に増減するゲイン係数を用いてゲイン調整がなされた始点および終点における仮想音像の音源信号からなる定位音信号を生成するゲイン調整手段と、
   該ゲイン調整手段が生成する始点および終点の各音源信号を左チャンネルおよび右チャンネルで別々にミキシングする各一の混合手段と、
   各混合手段の出力を受けて音源信号を左右チャンネルのスピーカから出力させる音源信号出力手段と、
   を備えることを特徴とする仮想音像制御装置。
2. 音源の経路情報および受聴者の位置情報にもとづき、現在時刻における受聴者の位置に対応する音源の相対的な始点位置と終点位置を算出する定位位置算出手段を備え、
   現在時刻における始点位置に近傍の位置に対応する定位係数と、終点位置に近傍の位置に対応する定位係数を定位係数算出手段により求め、各定位係数をフィルタ係数として、前記定位音生成手段に入力音源信号に対する畳み込み演算を実行させることを特徴とする請求項１に記載の仮想音像制御装置。
3. 定位位置算出手段から得た現在時刻における受聴者の位置に対応する音源の相対的な始点位置と終点位置にもとづき、現在時刻におけるゲインを算出して前記ゲイン調整手段にゲイン調整を実行させるゲイン係数算出手段を備えることを特徴とする請求項1に記載の仮想音像制御装置。
4. 前記音源の経路情報にもとづき現在時刻における音源の始点位置と設定時間後の終点位置を算出する音源位置算出手段を設け、該音源位置算出手段が、音像の移動中にその移動方向を変更して新たな音源の始点位置と設定時間後の終点位置を算出することを特徴とする請求項２に記載の仮想音像制御装置。

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